Bürstenloser Gleichstrommotor vs. Schrittmotor

Bürstenloser Gleichstrommotor ist ein Hochleistungsmotor, dessen wichtigstes Merkmal darin besteht, dass er die äußeren Merkmale eines Gleichstrommotors besitzt, jedoch ohne den traditionellen Kontaktkommutator und die Bürsten. Er arbeitet mit einem Permanentmagnetrotor und hat keine Erregungsverluste. Die wärmeerzeugenden Ankerwicklungen sind an der Außenseite des Stators angebracht, so dass sie leicht abgeführt werden können. Bürstenlose Gleichstrommotoren haben daher die Vorteile, dass sie keine Kommutierungsfunken erzeugen, keine Funkstörungen verursachen, eine lange Lebensdauer haben, ein zuverlässiger Betrieb und eine einfache Wartung möglich sind.

Der Schrittmotor ist ein Gerät mit offenem Regelkreis, das elektrische Impulssignale in Winkel- oder Linearverschiebungen umwandelt. Unter nicht überlasteten Bedingungen hängen die Motordrehzahl und die Stoppposition nur von der Impulsfrequenz und der Impulsanzahl des Impulssignals ab und werden von Laständerungen nicht beeinflusst.

Der Schrittmotor kann auch als bürstenloser Gleichstrommotor eingestuft werden, da er keine kommutierenden Kohlebürsten hat. Ein Schrittmotor ist ein spezifischer Begriff, während ein bürstenloser Gleichstrommotor ein allgemeiner Begriff ist. Ein Schrittmotor kann ein Reluktanzmotor oder ein Permanentmagnet-Synchronmotor sein. Der Schrittbetrieb ist eine offene Regelungsmethode, und der Motor kann auch auf andere Weise gesteuert werden.

Gemeinsamkeiten zwischen Schrittmotoren und bürstenlosen Gleichstrommotoren

Schrittmotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren haben einige Gemeinsamkeiten. Sie werden beide mit Gleichstrom betrieben. Beide zwingen den Rotor zum Drehen, indem sie die Wicklung erregen. Sie steuern den Vorwärts- und Rückwärtslauf durch Änderung der Reihenfolge der Erregungsphasen des Antriebskreises. Beide benötigen eine elektronische Kommutierung und einen Antrieb, um zu funktionieren. Beide erzeugen ihr Betriebsdrehmoment durch die Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten auf dem Rotor und dem von den Statorwicklungen erzeugten Magnetfeld. Die Motoren haben bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment, das mit steigender Drehzahl abnimmt.

Unterschiede zwischen den beiden in Bezug auf Struktur und Aufbau

Was die Unterschiede in der Motorstruktur und den Komponenten betrifft, so bestehen bürstenlose Gleichstrommotoren aus Permanentmagnet-Rotoren, mehrpoligen Statorwicklungen, Positionssensoren und mechanischen Trägerteilen wie Rotorwellen, Buchsen und Druckringen. Schrittmotoren bestehen im Allgemeinen aus einem vorderen und einem hinteren Enddeckel, Lagern, einer zentralen Welle, einem Rotorkern, einem Statorkern, Statorteilen, gewellten Unterlegscheiben, Schrauben und anderen Komponenten.

Was die Unterschiede in der Motorstruktur betrifft, so können bürstenlose Gleichstrommotoren entweder Außen- oder Innenläufer sein, während Schrittmotoren nur Innenläufer sein können. Bürstenlose Gleichstrommotoren verwenden eine größere Anzahl von Magneten und in der Regel Ferritmagnete mit einer geringeren magnetischen Dichte, während Permanentmagnet-Schrittmotoren in der Regel Ferritmagnete verwenden und Hybrid-Schrittmotoren Neodym-Magnete mit einer höheren magnetischen Dichte verwenden. Die Rotorwelle eines bürstenlosen Gleichstrommotors kann aus normalem Stahl bestehen, während die Rotorwelle eines Schrittmotors in einem Material wie Edelstahl oder Kupfer gefertigt sein muss, das keinen Magnetismus abgibt. Um ein höheres Drehmoment zu erreichen, muss das Spiel zwischen Rotor und Stator eines Schrittmotors sehr klein sein, typischerweise etwa 0,5 mm, während das Spiel zwischen Rotor und Stator eines bürstenlosen Motors nicht so eng sein muss. Daher erfordern Schrittmotoren eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit, die sich direkt auf den Schwingungs- und Geräuschpegel des Schrittmotors auswirkt.

Unterschiede in den Merkmalen zwischen den beiden

• 1. Das Drehmoment eines Schrittmotors ist relativ hoch, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen. Der bürstenlose Gleichstrommotor hat ein größeres Anfahrdrehmoment, das proportional zum Ankerstrom ist. Bei mittleren und hohen Drehzahlen hat er ein relativ hohes Drehmoment.
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• 2. Die Drehgeschwindigkeit von Schrittmotoren ist im Verhältnis zur Eingangsimpulsfrequenz. Schrittmotoren haben ein hohes Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich und ein geringeres Drehmoment im hohen Drehzahlbereich, was zu einem Schrittverlust führt. Schrittmotoren sind Motoren mit niedrigen Drehzahlen und hohem Drehmoment, wobei die meisten Anwendungen im Bereich von 600 bis 1500 U/min liegen. Die Drehzahl von bürstenlosen Gleichstrommotoren steigt im Verhältnis zur an den Anker angelegten Spannung, während die Drehzahl mit zunehmendem Lastmoment abnimmt. Bürstenlose Motoren können ein stabiles Drehmoment vom niedrigen bis zum hohen Drehzahlbereich erzeugen. Die Höchstdrehzahl bürstenloser Gleichstrommotoren kann mehrere Tausend bis mehrere Zehntausend Umdrehungen pro Minute erreichen.
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• 3. Die Geschwindigkeit und die Position von Schrittmotoren werden durch Befehlsimpulse in einem offenen Regelkreis gesteuert und erfordern keinen Rückführkreis, können aber Probleme mit Schrittverlusten aufweisen. Bürstenlose Gleichstrommotoren benötigen eine Rückmeldung von einem Drehzahlsensor, um die Drehzahl zu steuern und eine konstante Drehzahl zu erreichen. Da das Drehmoment im Verhältnis zum Strom steht, lässt sich das Drehmoment eines bürstenlosen Gleichstrommotors leicht steuern.
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• 4. Die Betriebsdauer eines Schrittmotors wird durch die Lebensdauer der Lager bestimmt, die mehrere zehntausend Stunden betragen kann. Die Betriebsdauer von bürstenlosen Gleichstrommotoren hängt auch von der Lebensdauer der Lager ab, kann aber mehrere zehn- bis hunderttausend Stunden betragen.
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• 5. Schrittmotoren haben in der Regel branchenübliche Einbaumaße, die leichter verfügbar und vielfältiger sind. Bürstenlose Gleichstrommotoren werden jedoch meist für bestimmte Anwendungen in der Industrie angepasst und haben überwiegend keine branchenüblichen Abmessungen.
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• 6. Im Vergleich zu bürstenlosen Gleichstrommotoren sind Schrittmotoren geräuschintensiver und vibrieren stärker, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen.

• 7. Schrittmotoren sind weniger kostspielig als bürstenlose Gleichstrommotoren, da sie in der Regel keinen Rückführsensor benötigen. Allerdings benötigen bürstenlose Motoren einen Positionssensor.
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Zusammenfassung und Tipps

Bei der Auswahl von Motoren wie Schrittmotoren und bürstenlosen Gleichstrommotoren kann ein Vergleich der Eigenschaften und Leistungen dieser beiden Motortypen als Referenz herangezogen werden. Derselbe Motortyp hat jedoch unterschiedliche Spezifikationen, so dass die Vergleiche in diesem Artikel nur als Referenz dienen. Die endgültige Entscheidung muss durch die detaillierten Informationen in den technischen Daten der einzelnen Motoren bestätigt werden.

Vergleiche	Schrittmotor	Bürstenloser Gleichstrommotor
Funktionsprinzip	Wechselwirkung des Permanentmagneten auf dem Rotor mit dem von der Statorwicklung erzeugten Magnetfeld
Antriebskreislauf	Erforderlich
Vorwärts- und Rückwärtsdrehung	Ändern der Reihenfolge der Erregungsphasen des Antriebskreises
Drehmoment	Hohes Drehmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen	Hohes Anfahrdrehmoment, mehr Drehmoment bei mittleren und hohen Drehzahlen
Drehzahl	Niedrige Drehzahl	Hohe Drehzahl
Steuerung	Drehzahl- und Positionsregelung durch Impulsbefehl	Drehzahlregelung über Sensoren, unterschiedliche Stromstärken zur Steuerung des Drehmoments
Betriebsdauer	Zehntausende von Stunden	Zehntausende bis Hunderttausende von Stunden
Leichtigkeit des Erwerbs	Einfach, viele Varianten	Schwierig, keine Standardgrößen
Lärm und Schwingungen	Mehr, besonders bei niedrigen Drehzahlen	Kleiner
Kosten	Niedrig, in der Regel ohne Geber	Hoch, mit Positionssensor